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Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería Bioingeniería I Profesor: Jaime Antonio Benítez Daniela Benítez Puentes [email protected] 20101005055 Bogotá-Colombia 2014 Derivaciones Electrocardiográficas Las derivaciones son disposiciones específicas de los electrodos, se conocen como derivaciones y en la práctica clínica se utilizan un número de doce estándar, clasificadas de la siguiente forma: Derivaciones del plano frontal Estas derivaciones son de tipo bipolares y monopolares. Las bipolares creadas por Willen Einthoven registran la diferencia de potencial eléctrico que se produce entre dos puntos (Ver Figura 7).

Para su registro se colocan 4 electrodos: Brazo derecho RA, Brazo izquierdo LA, Pierna Izquierda LL. Son 3 y se denominan DI, DII, DIII. DI: Registra la diferencia de potencial entre el brazo izquierdo polo positivo y el derecho (polo negativo) (Ver Figura 8). DII: Registra le diferencia de potencial que existe entre la pierna izquierda (polo positivo) y el brazo derecho (polo negativo) (Ver Figura 9). DIII: Registra la diferencia del potencial que existe entre la pierna izquierda (polo positivo) y el brazo izquierdo (polo negativo) (Ver Figura 10).

Las Derivaciones Monopolares Aumentadas Registran el potencial total en un punto del cuerpo. Ideado por Frank Wilson y para su registro unió a las tres derivaciones del triángulo de Einthoven, cada una a través de la resistencia de un punto ó una central terminal de Wilson donde el potencial eléctrico es cercano a cero. Esta se conecta a un aparato de registro del que salía el electrodo explorador, el cual toma el potencial absoluto (V): Brazo derecho (VR), Brazo izquierdo (VL), Pierna izquierda (VF) (Ver Figura 11).

Goldberger modifico ese sistema consiguiendo aumentar la onda hasta en un 50% y de aquí que estas derivaciones se llamen aVR, aVL, aVF, donde la a significa ampliada ó aumentada. aVR: Brazo derecho (+) y Brazo izquierdo + Pierna Izquierda (-) (Ver Figura 12). aVL: Brazo izquierdo (+) y Brazo derecho + Pierna Izquierda (-) (Ver Figura 13). aVF: Pierna izquierda (+) y Brazo derecho + Brazo izquierdo (-) (Ver Figura 14).

Derivación aVR

Derivación aVL

Derivación aVF

Derivaciones del plano Horizontal Son derivaciones verdaderamente mono o unipolares, pues comparan la actividad del punto en que se coloca el electrodo a nivel precordial (Electrodo explorador) contra la suma de los tres miembros activos o Central Terminal (LL + LA + RA, que da como resultado 0) (Ver Figura 15).

Representación de las Derivaciones Precordiales La localización precordial de los electrodos es la siguiente: V1: intersección del 4to espacio intercostal derecho con el borde derecho del esternón. V2: intersección del 4to espacio intercostal izquierdo con el borde izquierdo del esternón. V3: a mitad de distancia entre V2 y V4. V4: intersección del 5to espacio intercostal izquierdo y línea medio clavicular. V5: intersección del 5to espacio intercostal izquierdo y línea axilar anterior. V6: Intersección del 5to espacio intercostal izquierdo y línea axilar anterior. Diagrama a bloques del Módulo de Electrocardiografía 12 derivaciones Para la obtención de las señales del ECG utilizadas con fines diagnósticos y terapéuticos de pacientes con trastornos cardíacos, se han utilizado muchas configuraciones diferentes del sistema de derivaciones. En este módulo se obtiene el ECG convencional de 12 derivaciones, las que se obtienen a partir de diez electrodos (Ver Figura 16).

Diagrama a bloques del módulo de Electrocardiografía En la siguiente tabla se muestra el modo en que se obtiene cada una de las derivaciones específicas: Derivación Tipo Cálculos I Extremidad LA – RA II Extremidad LL – RA III Extremidad LL – LA aVR Aumentada RA – (LA+LL)/2

aVL Aumentada LA – (RA+LL)/2 aVF Aumentada LL – (RA + LA)/2 V1 Precordial V1-(RA+LA+LL)/3 V2 Precordial V2-(RA+LA+LL)/3 V3 Precordial V3-(RA+LA+LL)/3 V4 Precordial V4-(RA+LA+LL)/3 V5 Precordial V5-(RA+LA+LL)/3 V6 Precordial V6-(RA+LA+LL)/3 Electrodos Ag/AgCl En su forma básica se trata de un conductor metálico en contacto con la piel y se utiliza una pasta electrolítica para establecer y mantener el contacto (Ver Figura 17). Tradicionalmente el electrodo se hace de plata alemana (una aleación plata-niquel). Antes de adherirlo al cuerpo, su superficie cóncava se cubre con una pasta electrolítica. La misión de los electrodos consiste en recoger la señal de la superficie cutánea.

Electrodos Ag/AgCl Especificaciones técnicas: —Impedancia de corriente alterna por debajo de 2 kW. —Voltaje de desplazamiento de corriente directa menor de 100 mV. —Recuperación de Sobrecarga de desfibrilación menor de 100 mV., con una proporción de cambio de potencial residual de polarización menor de 1mV/s. —Inestabilidad combinada de desplazamiento y Ruido Interno no mayor de 150 mV. Cable para Electrocardiografía convencional Los conjuntos de derivaciones y cables básicos diseñados para medir el ECG aseguran una correcta aplicación de los electrodos, sus posiciones y código de colores (IEC y AAMI) se indican en la junta del cable básico (Tabla 2). Posición Electrodos Color Mano derecha Pie derecho Mano izquierda Pie izquierdo V1 V2 V3 V4 V5

V6 Código de Colores para la posición de los electrodos Buffer También llamado Seguidor de Tensión; esta configuración se caracteriza porque tiene una alta impedancia de entrada y una muy pequeña impedancia de salida, lo que le permite ser utilizado como etapa de aislamiento. Desde el punto de vista de la entrada es la carga ideal, y visto desde la salida es un generador de tensión ideal. La configuración del seguidor tiene una ganancia Av=1. Cada una de las etapas de aislamiento y acople de impedancia que recepcionan las señales provenientes de los Electrodos en el plano frontal y horizontal (RA, LA, LL, RL, V1, V2, V3, V4, V5 y V6) se diseña con base en el circuito integrado LF353N (Ver Figura 18).

Nota: Para mejorar los voltajes de offset generados por el desbalance de la fuente de alimentación, agregue una R igual a la de la entrada positiva en la realimentación negativa. En caso extremo usar el CI OPA2131 o semejante.

Circuito de protección y acople de impedancia El acople de aislamiento e impedancia de la pierna derecha (RL) tiene dos objetivos: El primero es colocar la pierna derecha a una tierra activa aislada de la tierra eléctrica del circuito con el propósito de suministrar seguridad eléctrica al paciente; y el segundo, atenuar el voltaje de modo común que afecta los terminales de entrada del amplificador de instrumentación INA114AP.

Terminal Central de Wilson Frank Norman Wilson (1890-1952) investigó sobre los potenciales unipolares de electrocardiografía, siendo estos medidos a un terminal de referencia. En varios artículos Wilson y colegas (Wilson, Macleod, y Barker, 1931; Wilson et al., 1934) usaron el término central de Wilson. El cual se formaba conectando resistencias de 5kW en cada de las extremidades llevadas a un punto común que se llamó Terminal Central de Wilson (Ver Figura 19). Wilson sugirió que los potenciales unipolares deben medirse con respecto a este terminal.

Terminal Central de Wilson El terminal central de Wilson no es independiente, pero, es el promedio de los potenciales de cada miembro. Esto se demuestra fácilmente notando que en un voltímetro ideal no existe ninguna corriente en cada uno de los miembros. Por consiguiente, la corriente total en el Terminal Central de Wilson es cero satisfaciendo la conservación de corriente según las leyes de Kirchorff, (donde F es el campo eléctrico de cada extremidad):

Donde el terminal central de Wilson es:

Puesto que el potencial en el Terminal Central de Wilson es el promedio de los potenciales de cada una de las extremidades, se puede argumentar que cada una depende de la referencia con el Terminal Central de Wilson. Wilson usó resistencias de 5kW; que aún se usan ampliamente, pero en la actualidad la alta impedancia de entrada de los amplificadores de instrumentación permite usar valores de resistencias más altas. Un valor de resistencia más alta aumenta el CMRR y disminuye la resistencia electrodo - piel. En la figura 20 se puede apreciar la ubicación espacial del Terminal Central de Wilson en el centro del Triángulo de Einthoven:

Terminal Central de Wilson en el centro del Triángulo de Einthoven El Terminal Central de Wilson se diseñó con valores de resistencias de 10kW al 1% de precisión, como se muestra en la figura 21 del circuito. Este terminal sirve como referencia para las derivaciones monopolares (aVR, aVL y aVF), adicionalmente el voltaje de cada una de las tres extremidades (VR, VL, y VF) se obtienen midiendo el potencial entre cada electrodo de la extremidad y el Terminal Central de Wilson. Por ejemplo, el potencial en la pierna izquierda es:

En 1942 E. Goldberger observó que estas señales pueden ser aumentadas omitiendo la resistencia del Terminal Central de Wilson que se conecta al electrodo de medida. De esta manera, el voltaje de cada una de las tres extremidades (VR, VL, y VF) pueden reemplazarse por unas nuevas derivaciones llamadas derivaciones aumentadas debido al aumento de la señal (Ver Figura 22). Como un ejemplo, la ecuación para aVF es:

Circuito Terminal Central de Wilson El Terminal Central de Wilson (WCT) se toma como electrodo indiferente para cada una de las derivaciones precordiales (V1 – V6) y forma parte de las entradas negativas de los Amplificadores de Instrumentación.

Derivaciones Aumentadas Amplificador de instrumentación Los amplificadores constituyen un componente muy importante en los sistemas de bioinstrumentación; sus características deben ajustarse a las condiciones impuestas por la señal a amplificar y al entorno físico de aplicación. Las señales biológicas se caracterizan por un bajo nivel de amplitud. En particular, la actividad eléctrica del corazón consiste en una serie de impulsos miogénicos sincronizados, destinados a generar la activación mecánica del miocardio para cumplir con la función eyectora de la sangre. Los impulsos eléctricos se propagan a través del cuerpo (conductor de volumen), generando biopotenciales a nivel de la epidermis que están directamente relacionados con la actividad eléctrica cardiaca. Esta actividad se manifiesta con señales comprendidas en el rango 0.1–1.0 mV. Para garantizar su adecuado funcionamiento en cardiología, y de acuerdo con normas internacionales, el amplificador de bioinstrumentación debe reunir las siguientes características: —Alta Relación de Rechazo en modo común. —Alta impedancia de entrada. Respuesta en frecuencia. —Bajo Voltaje Offset. —Bajas corrientes de polarización de entrada. —Circuito de protección contra sobre voltajes. —El fabricante lo recomienda para aplicaciones biomédicas.

El circuito integrado INA114AP de la Burr-Brown, es un Amplificador de Instrumentación de alta precisión. El INA114AP es un Amplificador de Instrumentación de propósito general, que ofrece una exactitud excelente. Tomando en cuenta los valores sugeridos por el fabricante (Burr-Brown) la resistencia externa , es una resistencia con un valor de 5.7W que entrega una ganancia fija que cumple con la siguiente relación: Las entradas diferenciales V+ y V- provienen del acondicionamiento realizado en la etapa anterior del Circuito Terminal Central de Wilson para las derivaciones bipolares, aumentadas y precordiales respectivamente en las Figuras 23, 24, 25.

Circuito Derivaciones Bipolares

Circuito Derivaciones Aumentadas

Circuito Derivaciones Precordiales REFERENCIAS 1. http://www.dalcame.com/ecg.html 2. Notas de Clase, Profesor Jaime Benitez